加油加气站检测与综合智能控制装置及其控制预警方法与流程

本发明涉及加油加气站内安全运行的综合监控，具体涉及一种结构简单，功能多样，既能实现油气浓度检测与预警，还能智能保护供电回路并进行用电分析的加油加气站检测与综合智能控制装置及其控制预警方法。

背景技术：

现有的加油加气站油气检测一般采用油气传感器件检测并报警，而这种检测方式只以检测到的瞬时门槛超值来判定，未对油气浓度的发展过程进行智能推断，从而导致超值时由于浓度的聚集效应已经浓度过高，延后了报警时间；现有的加油加气站的供电控制大多采用陈旧式的手拉合开关模式，无法自动检测供电质量、工况电流，更没有故障时的自动保护装置，也无法远程控制，当加油加气站出现问题时必须人为进入电源室操作，带来时效上的延误及人身安全问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种既能实现油气浓度检测与预警，还能智能保护供电回路并进行用电分析的加油加气站检测与综合智能控制装置及其控制预警方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种加油加气站检测与综合智能控制装置，该装置的电源由加油加气站的动力总电源提供，该装置包括油气检测模块、报警器模块和智能配电柜，所述的油气检测模块包括三个设置在加油加气站不同位置的油气浓度传感器，所述的报警器模块包括一级报警器、二级报警器和三级报警器；所述的智能配电柜包括可编程控制器、电压电流测量转换模块以及控制配电的一组智能断路器，所述的电压电流测量转换模块包括三相电压互感器和三相电流互感器以及电平转换回路，所述的三相电压互感器、三相电流互感器分别测量加油加气站的动力总电源的三相电压和电流，并经电平转换回路后输出值范围为0-5v，所述的智能断路器分别控制加油加气站的动力总电源及总电源出线后的每个分支供电线路，且智能断路器的内部均带有过电流保护功能，当该支路电流超过设定的定值时跳开该支路断路器；

所述的可编程控制器包括触摸屏控制与显示模块、可编程cpu模块、a/d模数转换模块、数据通讯模块和i/o开关量输入输出模块；触摸屏控制与显示模块装设在智能配电柜的面板上，通过通讯接口与可编程cpu交互，使得能够在触摸屏上进行操作与显示，可编程cpu模块用于数据计算、处理、逻辑判断；

所述的a/d模数转换模块通过数据总线与可编程cpu模块交互，a/d模数转换模块上设有接口并通过导线分别与三个油气浓度传感器的出口、智能配电柜内的电压电流测量转换模块的出口连接，a/d模数转换模块用于将电压电流测量转换模块采集到的电压、电流的模拟量值转化为数字量后送入可编程cpu模块，可编程cpu模块对采集的这些实时数字量进行综合计算、处理、存储；

所述的i/o开关量输入输出模块包括输入模块和输出模块，i/o开关量输入输出模块通过导线与可编程cpu模块交互，所述的输入模块接入动力总电源的断路器的位置信号、供电支路断路器的位置信号，并将这些信号送入可编程cpu模块，所述的输出模块接入智能配电柜内动力总电源断路器及分支供电线路的断路器的控制线圈，由可编程cpu模块控制i/o开关量输入输出模块的输出口开关量的断开或闭合，进而控制断路器的跳闸或闭合；输出模块通过导线与报警器连接，用于输出油气超标报警提示；

所述的数据通讯模块通过导线与可编程cpu模块交互，数据通讯模块用于实现不同数据间的通讯规约转换。

所述的三个油气浓度传感器分别设置在卸油口、人井和加油机处，油气浓度传感器的测量输出值范围为0-5v。

所述的触摸屏控制与显示模块通过通讯接口与可编程cpu模块进行通讯，以分页面方式，形成人机界面操作显示页面、供电线路控制原理图在线显示页面、加油加气站各油气检测安装点油气浓度值在线显示页面、加油加气站动力总电源供电电能指标显示页面、报警与保护显示页面、装置运行状态显示页面。

所述的可编程控制器的数据通讯模块通过通信口与加油加气站收费系统相连接。

一种用于加油加气站的安全检测与综合控制装置的控制及预警方法，包括以下步骤：

步骤一)、程序初始化；

在智能配电柜的触摸屏上完成触摸屏控制与显示模块与可编程cpu模块之间的通讯规约设置；完成三个油气浓度传感器安装点的油气浓度超标一级、二级、三级定值设定、动力电源总电流保护定值设定、供电电压过电压和低电压允许值设定；

设置供电线路控制原理图在线显示页面的显示程序，并定义i/o口开关量输入输出模块与接入实际断路器的接口通道地址，分配其输入接口通道，完成根据该输入口开断或闭合反映对应的断路器位置信号断开或闭合的状态显示，分配其输出接口通道，完成根据该输出口的闭合与开断进而控制对应的断路器的合闸或跳闸；分配输出接口给卸油口、人井及加油机处油气浓度三级超标时其对应开关闭合，任一个开关闭合则跳开动力电源总开关；

设置加油加气站油气浓度检测安装点油气浓度值在线显示、加油加气站动力总电源供电电能指标显示、报警与保护显示、装置运行状态显示页面的每个显示字符条框及该条框所显示的数据寄存器地址设置，在程序运行中根据该地址寄存器的内容进行对应的显示；

设置a/d模数转换模块所接口的卸油口、人井、加油机处的采样频率为每20ms完成一次数据采样，设置每个通道100个采样数据的存储器地址，按先进先出原则在采样过程中存放；设置a/d模数转换模块所接口的电压电流的采样频率为每1ms完成一次数据采样，设置a/d模数转换模块每个通道所采集100个数据的存储器地址，按先进先出原则在采样过程中存放；

设置所需计算的卸油口、人井、加油机处的浓度实时综合计算值，电压、电流实时计算值的存储器地址分配；

设置油气浓度采样、存储与计算中断子程序的采样间隔时间计时器设定，其设定为20ms中断一次；完成加油加气站动力总电源三相电压和三相电流的采样、存储与计算的采样间隔设定，其设定为1ms中断一次，并开放中断；

步骤二)、油气浓度采样、存储与计算中断子程序；

当油气浓度采样、存储与计算中断子程序采样间隔设定的计时器时间到时，程序进入该中断子程序；在该子程序中，3个油气浓度传感器分别将采集到的卸油口、人井和加油机处的油气浓度值转化为0-5v的电压信号送入可编程控制器的a/d模数转换模块的对应通道，a/d模数转换模块的对应通道将实时采集的模拟量值0-5v转化为数字量送入可编程控制器的可编程cpu模块，并按定义的采样序列和时间顺序分别存储于可编程控制的卸油口采样数据序列存储器、人井处采样数据序列存储器和加油机处采样数据序列存储器，每个序列存储器按照数据先进先出的原则，存储100个实时采样数据，形成三个地点的油气浓度实时采样计算序列值；

根据三个油气浓度检测点的油气浓度的实时采样序列值，考虑油气浓度的发展趋势、累计效应、空间扩散程度，进行综合计算，三个油气浓度检测点的油气浓度综合计算值，按照下面方法进行计算：

①、设卸油口处的油气浓度传感器每20ms采集一个数据，其采集到的100个数据序列依次为：dxi,dxi+1,dxi+2......dxi+n-1,dxi+99，则油气浓度的依次综合计算值为：dx1＝kdx1，dx2＝δdxk(αdx2+βdx1)，dx3＝δdxk(αdx3+βdx2)，dxn-1＝δdxk(αdxn-1+βdxn-2)......dxn＝δdxk(αdxn+βdxn-1)(1)

式中：δdx为卸油口处油气浓度每20ms的变化趋势，其表示式为：δdx＝dxn-dxn-1,δdx＞0；δdx＜0,δdx＝1(2)

即当δdx＞0，油气浓度变化趋势为增加时计算式引入变化趋势，当δdx＜0时，计算式不考虑其减速变化趋势；式中，k为空间环境自然流通可靠系数，α+β＝1，α为新值所占比列系数，β为累积值所占比列系数；

通过(1)式计算出卸油口处的油气浓度实时综合计算值dxn，并存入程序初始化设置的存储器地址；

②、设人井处的油气浓度传感器每20ms采集一个数据，其采集到的100个数据序列依次为：dri,dri+1,dri+2......dri+n-1,dri+99，则油气浓度的依次综合计算值为：dr1＝kdr1，dr2＝δdrk(αdr2+βdr1)，dr3＝δdrk(αdr3+βdr2)，drn-1＝δdrk(αdrn-1+βdrn-2)......drn＝δdrk(αdrn+βdrn-1)(3)

式中：δdr为人井处油气浓度每20ms的变化趋势，其表示式为：δdr＝drn-drn-1,δdr＞0；δdr＜0,δdr＝1(4)

即当δdr＞0，油气浓度变化趋势为增加时计算式引入变化趋势，当δdr＜0时，计算式不考虑其减速变化趋势；式中，k为空间环境自然流通可靠系数，α+β＝1，α为新值所占比列系数，β为累积值所占比列系数；

通过(3)式计算出人井处的油气浓度实时综合计算值为drn,并存入程序初始化设置的存储器地址；

③、设加油机处的油气浓度传感器每20ms采集一个数据，其采集到的100个数据序列依次为：dji,dji+1,dji+2......dji+n-1,dji+99，则油气浓度的依次综合计算值为：dj1＝kdj1，dj2＝δdjk(αdj2+βdj1)，dj3＝δdjk(αdj3+βdj2)，djn-1＝δdjk(αdjn-1+βdjn-2)......djn＝δdjk(αdjn+βdjn-1)(5)

式中：δdj为加油机处油气浓度每20ms的变化趋势，其表示式为：δdj＝djn-djn-1,δdj＞0；δdj＜0,δdj＝1(6)

即当δdj＞0，油气浓度变化趋势为增加时计算式引入变化趋势，当δdj＜0时，计算式不考虑其减速变化趋势；式中，k为空间环境自然流通可靠系数，α+β＝1，α为新值所占比列系数，β为累积值所占比列系数；

通过(5)式计算出加油机处的油气浓度实时综合计算值为djn,并存入程序初始化设置的存储器地址；

每中断采样数据一次，按照数据先进先出的原则，当有新的采样数据时，去掉原来第一个数据，再计算新的一个依然构成100个采样数据序列，再进行计算，如此循环，达到对油气浓度的实时综合计算并存储；

步骤三)、三相电压电流的采样、存储与电能质量分析计算中断子程序；

当三相电压和三相电流的采样、存储与计算中断子程序的计时器时间到时，程序进入该中断子程序；

三相电压互感器和三相电流互感器分别将采集到的电压、电流信号转换为0-5v的电压信号送入可编程控制器的a/d模数转换模块对应的通道，a/d模数转换模块的对应通道将实时采集的模拟量值0-5v转化为数字量送入可编程控制器的可编程cpu模块，可编程cpu模块按定义的采样序列和时间顺序分别将采集的a相、b相和c相三相电压和三相电流采样数据存入其对应的采样序列存储器，每个序列存储器按照数据先进先出的原则，存储60个实时采样数据，形成三相电压和电流的采样计算序列值，根据电压、电流采样序列值可分别求出供电电压、电流所包含的直流分量、基波分量和各谐波分量；

设供电电压a相的离散化采样数据每周采样点数为n，每周采样值分别记为：u(0),u(1).....u(k).....u(n-1)；则a相电压的基波分量及各次谐波分量计算式为：

式(7)中k为第k次采样序数，分别为0到n-1，h为谐波含量，h分别取1，2，3.......21，当h等于1时计算出的为电压基波值，当h＝2时为2次谐波含量，依次类推，分别计算出u1、u2、uh各次谐波含量，并将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；再以式(7)分别求出b相、c相供电电压、电流所包含的直流分量、基波分量和各谐波分量，并将计算值存储于初始化设定的计算值存储器，三相电压基波值分别为ua、ub、uc；

各谐波电压、电流的谐波含有率计算式为：

式(8)中hruh、hrih分别代表h次谐波的含有率，uh、ih为h次谐波电压、电流值，u1、i1为基波值，计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

电压总谐波畸变率计算为：

电流总谐波畸变率计算为：

计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；根据采样电压、电流的实时采样值序列，供电回路有功功率、无功功率与功率因素，可分别表述为：

有功功率：

无功功率：

功率因素：

式中u(k)、i(k)分别为电压、电流每周实时采样序列值，计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

根据(11)式求出的每相每个周波的功率，可以计算出三相每个周波的总功率，对每个周波的总功率进行每20ms累加一次，累加1小时后，可求出每小时的用电度量，计为pi，pi累加24小时，可求出全天的用电总度量为：

计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

步骤四)、供电电压偏差值判定及供电回路断路器状态操作；

分别读取步骤三)实时计算的三相电压基波ua、ub、uc值，如电压在允许范围之内则允许供电支路断路器合闸或跳闸，否则视为供电质量不合格而不允许供电支路合闸，只允许跳闸，并记录不合格数据；

电压合格判据为：umin＜u＜umax(15)

式(15)中：umin、umax分别为母线电压允许的最低与最高定值，u分别为计算出的三相电压基波ua、ub、uc值；

完成电压判定后，可编程cpu模块根据触摸屏的操作情况，并从i/o开关量输入输出模块的输入端读取供电支路断路器位置信号，确定支路供电状态，然后发出供电支路断路器的合闸或跳闸信号，该信号通过i/o开关量输入输出模块中对应的输出触点输出，连接到断路器的控制线圈，当控制线圈带电时合上断路器，当控制线圈失电时断开断路器，完成断路器的在线操作；

步骤五)、供电回路过电流判定与保护；

根据式(16)计算出电源三相电流ia、ib、ic值，电源智能断路器的电流保护模块动作判据为：

i≥id；t≥td(17)

式(17)中：id、td分别为过电流保护装置设置的过电流定值与时间定值；

i分别为ia、ib、ic值，t为判定大于定值后的持续时间，如持续判定电流超值且持续时间到有故障，则可编程cpu模块迅速发出跳开电源智能断路器的跳闸令，跳开供电回路，并设置电源回路过电流故障标志；如判定电流低于定值的0.9倍，则时间继电器迅速清零，所述的时间继电器为可编程控制器内的计时器；当供电回路中任何一条支路电流超过其智能断路器设定的最大电流允许值时，该支路智能断路器保护模块自动跳开其断路器，达到保护作用，同时该智能断路器的位置状态信号会自动通过输入模块输入到可编程cpu模块，可编程cpu模块根据历史操作的信息，当历史操作信息为智能断路器在合闸位置时而实际智能断路器在分闸位置时，即位置不对应时，判定为故障保护跳闸信号或开关偷跳，并存储该信息；

步骤六)、油气浓度三级超标判定与报警；

①、读取卸油口处油气浓度实时综合计算值dxn，当实时综合计算值大于设定的超标门槛值时判定对应的油气浓度超标，其三级定值判定与时间限定式分别为：

dxn＞dxd3t＞tdxd3(18)

dxn＞dxd2t＞tdxd2(19)

dxn＞dxd1t＞tdxd1(20)

式中：dxd1为卸油口油气浓度门槛一级设定值，tdxd1为超过该定值后的允许时间，计时时间从超值开始，如果在计时时间到达的过程中一直超值，则判定为超值出口，如果在计时还没到达规定的时间之前，存在综合计算值不超定值时，则计时时间t清零，这样防止因采样点干扰数据引起的误判；

dxd2为卸油口油气浓度门槛二级设定值，tdxd2为超过该定值后的允许时间,计时时间从超值开始，如果在计时时间到达的过程中一直超值，则判定为超值出口，如果在计时还没到达规定的时间之前，存在综合计算值不超定值时，则计时时间t清零；

dxd3为卸油口油气浓度门槛三级设定值，tdxd3为超过该定值后的允许时间,计时时间从超值开始，如果在计时时间到达的过程中一直超值，则判定为超值出口，如果在计时还没到达规定的时间之前，存在综合计算值不超定值时，则计时时间t清零；

当检测到卸油口油气浓度超标满足(18)式后，迅速按三级超标处理，发出紧急警报提示，检测加油站动力电源是否在合闸位置，如在合闸位置，则迅速跳开动力电源，并在触摸屏迅速闪光显示，而不再进入(19)式与(20)式的判定；但处理完后需进入下个地点油气浓度的超标判定程序；

当卸油口油气浓度不满足(18)，再进行(19)式的判定，当满足(19)式后，发出报警提示，并闪光显示，不再进入(20)式判定；但处理完后需进入下个地点油气浓度的超标判定程序；只有在不满足(18)式与(19)式后才进入(20)式的判定，即按最高级别到最低级别的分级判定；

在卸油口油气浓度是否超标判定后，如超标则进入完成相应超标报警提示或切断动力电源后，程序依然要进行到下一个地点人井处油气浓度的判定；

②、读取人井处油气浓度实时综合计算值drn，当实时综合计算值大于设定的超标门槛值时判定对应的油气浓度超标，其三级定值判定与时间限定式分别为：

drn＞drd3t＞tdrd3(21)

drn＞drd2t＞tdrd2(22)

drn＞drd1t＞tdrd1(23)

式中：drd1为人井处油气浓度门槛一级设定值；tdrd1为超过该定值的时间允许定值，drd2为人井处油气浓度门槛二级设定值；tdrd2为超过该定值的时间允许定值，drd3为人井处油气浓度门槛三级设定值；tdrd3为超过该定值的时间允许定值；

在人井处油气浓度是否超标判定后，如超标则进入完成相应超标报警提示或切断动力电源后，程序依然要进行到下一个地点加油机处油气浓度的判定；

③、读取加油机处油气浓度实时综合计算值djn，当实时综合计算值大于设定的超标门槛值时判定对应的油气浓度超标，其三级定值判定与时间限定式分别为：

djn＞djd3t＞tdjd3(24)

djn＞djd2t＞tdjd2(25)

djn＞djd1t＞tdjd1(26)

式中：djd1为加油机处油气浓度门槛一级设定值，tdjd1为超过该定值的时间允许定值；djd2为加油机处油气浓度门槛二级设定值，tdjd2为超过该定值的时间允许定值，djd3为加油机处油气浓度门槛三级设定值，tdjd3为超过该定值的时间允许定值；

步骤七)、运行状态实时显示与报表处理；

装置运行实时显示各测量点油气浓度计算值，实时显示各运行智能断路器开断状态、供电电源电压、电流及各谐波分量大小，总谐波大小，加油加气站内物件位置状态，实时闪光显示各报警信号的状态与内容；

步骤八)、数据存储、记录、刷新、显示；

完成上述各步骤的任务后，程序存储所有计算的油气浓度实时值、电压、电流计算值、报警及超标标志各存储器的状态量及数据量，存入程序初始化设定的存储器内，供历史记录、查询、显示使用；

步骤九)、循环控制返回；

执行完步骤八)的任务后程序返回到程序初始化，继续进行新的一轮采样、计算、控制、分析、判定、显示、报警，达到对各点油气浓度的综合检测与报警，对配电线路的智能控制与保护。

可编程控制器通过加油加气站收费系统的串行接口读取其收费数据，结合步骤三)中式(14)计算得出的站内电量使用情况，进行站内效能分析。

本发明的积极效果是：本发明的油气检测与智能配电装置，在油气浓度检测方面，根据油气浓度的实时采样值，油气浓度的历史累积值、油气浓度的实时变化率而进行油气浓度的综合计算，基于该综合计算值与设置的时限互锁形成油气浓度的三级超标判定与预警，且当油气浓度综合计算值超过最高级别时能迅速切断加油加气站的动力电源；在智能配电方面，实时检测与分析加油加气站动力电源的电能质量，实时检测各供电分支线路的智能断路器开断与闭合状态，实时对动力电源、供电各支路进行过电流与定时限结合的故障判定与保护，实时计算并统计动力电源所消耗的电能、加油加气站效能，实时显示油气浓度与各配电支路断路器状态与各种必要的信息。

本发明与现有技术比较具有以下特征：

1)本发明提出了根据油气浓度的实时采样值，油气浓度的历史累积值、油气浓度的实时变化率而进行油气浓度的综合计算分析方法；该计算分析方法既考虑了油气浓度的累积效应、当前浓度实时值，也考虑了油气浓度的未来变化趋势，防止了现有装置因未考虑油气浓度的空间累积效应与急速的变化趋势而引起的延迟报警，同时也防止了现有装置因实时采样数据的干扰形成的误报，达到了油气浓度历史数据、现实数据与未来发展综合的分析；

2)本发明提出了油气浓度综合计算值超标启动时限，同时满足的双定值相互制约方法判定油气浓度是否超标，既保证了装置的灵敏性，同时也保证了装置判定超标的可靠性，克服了现有装置灵敏性与可靠性不能兼顾的缺陷；

3)本发明实现了当油气浓度超过最高级别时能迅速切断加油加气站动力电源；现有油气浓度测量仅仅作为测量报警用，本发明在油气超越三级时不但可以紧急报警还可以紧急断开加油加气站动力供电电路，防止油气超标后穿入电气电路引起的事故扩大；

4)本发明实时检测与分析、判定加油加气站动力电源的电能质量，克服了传统供电装置不进行电能质量检测、分析就盲目送电的弊端；

5)本发明实时检测各供电分支线路的智能断路器开断与闭合状态，实时对动力电源、供电各支路进行过电流与定时限结合的故障判定与保护，提高了现有装置仅仅依靠熔断器保护而无法进行智能判定与保护，无法进行断路器状态查询的弱点与可靠性；

6)本发明实时计算并统计动力电源所消耗的电能及加油加气站效能，提供日、月、年能效分析报表，克服了传统配电装置无法与加油加气站收费系统相连网，无法进行能效分析的缺陷；

7)本发明具有实时显示油气浓度与各配电支路断路器的运行状态、电能质量、故障特征，具有历史事件查询、信息追忆功能，可以更直观、有效的显示加油加气站实时运行工况，提高了加油加气站运行效率与安全可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的主程序流程示意图。

图3是本发明的油气浓度采样、存储与计算中断子程序流程示意图。

图4是本发明的三相电压电流的采样、存储与电能质量分析计算中断子程序流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种加油加气站检测与综合智能控制装置，该装置的电源由加油加气站的动力总电源提供，该装置包括油气检测模块、报警器模块和智能配电柜，油气检测模块包括三个油气浓度传感器，分别安装在卸油口、人井和加油机处，油气浓度传感器的测量输出值范围为0-5v，报警器模块包括一级报警器、二级报警器和三级报警器；智能配电柜包括可编程控制器、电压电流测量转换模块以及控制配电的30个智能断路器，所述的电压电流测量转换模块包括三相电压互感器和三相电流互感器以及电平转换回路，所述的三相电压互感器、三相电流互感器分别测量加油加气站的动力总电源的三相电压和电流，并经电平转换回路后输出值范围为0-5v，所述的智能断路器分别控制加油加气站的动力总电源及总电源出线后的每个分支供电线路，且智能断路器的内部均带有过电流保护功能，当该支路电流超过设定的定值时跳开该支路断路器；

所述的可编程控制器与智能配电柜通过电缆连接，可编程控制器包括触摸屏控制与显示模块、可编程cpu模块、a/d模数转换模块、数据通讯模块和i/o开关量输入输出模块，触摸屏控制与显示模块装设在智能配电柜的面板上，通过通讯接口与可编程cpu交互，使得能够在触摸屏上进行操作与显示，可编程cpu模块用于数据计算、处理、逻辑判断，触摸屏控制与显示模块通过485通讯接口与可编程cpu模块进行通讯，以分页面方式，形成人机界面操作显示页面、供电线路控制原理图在线显示页面、加油加气站各油气检测安装点油气浓度值在线显示页面、加油加气站动力总电源供电电能指标显示页面、报警与保护显示页面、装置运行状态显示页面；

所述的a/d模数转换模块通过导线与可编程cpu模块交互，a/d模数转换模块上设有9个接口并通过导线分别与三个油气浓度传感器的出口、电压电流测量转换模块的出口连接，a/d模数转换模块用于将电压电流测量转换模块采集到的电压、电流的模拟量值转化为数字量后送入可编程cpu模块，可编程cpu模块对采集的这些实时数字量进行综合计算、处理、存储；

所述的i/o开关量输入输出模块包括输入模块和输出模块，i/o开关量输入输出模块通过导线与可编程cpu模块交互，所述的输入模块接入动力总电源的断路器的位置信号、供电支路断路器的位置信号，并将这些信号送入可编程cpu模块，所述的输出模块接入智能配电柜内动力总电源断路器及分支供电线路的断路器的控制线圈，由可编程cpu模块控制i/o开关量输入输出模块的输出口开关量的断开或闭合，进而控制断路器的跳闸或闭合；输出模块通过导线与报警器连接，用于输出油气超标报警提示；

所述的数据通讯模块通过导线与可编程cpu模块交互，数据通讯模块用于实现不同数据间的通讯规约转换，数据通讯模块通过电缆从485通讯口连接有加油加气站收费系统，在可编程cpu模块的控制下，读取加油加气站收费系统每天的营业收入总数，同时可编程cpu模块利用采集的动力总电源的电压电流信号，计算出每天的用电量与收入进行比较，得出收益率，对站内的电能能效作出分析。

如图2、图3和图4所示，一种用于加油加气站的安全检测与综合控制的控制及预警方法，包括以下步骤：

步骤一)、程序初始化；

在智能配电柜的触摸屏上完成触摸屏控制与显示模块通过485通讯口与可编程cpu模块之间的通讯规约设置，完成人机界面操作页面的操作框，包括三个油气浓度传感器安装点的油气浓度超标一级、二级、三级定值设定、动力电源总电流保护定值设定、供电电压过电压和低电压允许值设定；

设置供电线路控制原理图在线显示页面的显示程序，并定义i/o口开关量输入输出模块与接入实际断路器的接口通道地址，其输入接口通道分配为i00-i31，完成根据该输入口开断或闭合反映对应的断路器位置信号断开或闭合的状态显示，其输出接口通道分配为q00-q31，完成根据该输出口的闭合与开断进而控制对应的断路器的合闸或跳闸；其输出接口q32到q34分配给卸油口、人井及加油机处油气浓度三级超标时其对应开关闭合，任一个开关闭合则跳开动力电源总开关；

设置加油加气站油气浓度检测安装点油气浓度值在线显示、加油加气站动力总电源供电电能指标显示、报警与保护显示、装置运行状态显示页面的每个显示字符条框及该条框所显示的数据寄存器地址设置，在程序运行中根据该地址寄存器的内容进行对应的显示；

设置a/d模数转换模块所接口的卸油口、人井、加油机处的采样频率为每20ms完成一次数据采样，设置每个通道100个采样数据的存储器地址，按先进先出原则在采样过程中存放；设置a/d模数转换模块所接口的电压电流的采样频率为每1ms完成一次数据采样，设置a/d模数转换模块每个通道所采集100个数据的存储器地址，按先进先出原则在采样过程中存放；

设置所需计算的卸油口、人井、加油机处的浓度实时综合计算值，电压、电流实时计算值的存储器地址分配；

设置油气浓度采样、存储与计算中断子程序的采样间隔时间计时器设定，其设定为20ms中断一次；完成加油加气站动力总电源三相电压和三相电流的采样、存储与计算的采样间隔设定，其设定为1ms中断一次，并开放中断；

步骤二)、油气浓度采样、存储与计算中断子程序；

当油气浓度采样、存储与计算中断子程序采样间隔设定的计时器时间到时，程序进入该中断子程序；在该子程序中，3个油气浓度传感器分别将采集到的卸油口、人井和加油机处的油气浓度值转化为0-5v的电压信号送入可编程控制器的a/d模数转换模块的对应通道，a/d模数转换模块的对应通道将实时采集的模拟量值0-5v转化为数字量送入可编程控制器的可编程cpu模块，并按定义的采样序列和时间顺序分别存储于可编程控制的卸油口采样数据序列存储器、人井处采样数据序列存储器和加油机处采样数据序列存储器，每个序列存储器按照数据先进先出的原则，存储100个实时采样数据，形成三个地点的油气浓度实时采样计算序列值；

根据三个油气浓度检测点的油气浓度的实时采样序列值，考虑油气浓度的发展趋势、累计效应、空间扩散程度，进行综合计算，三个油气浓度检测点的油气浓度综合计算值，按照下面方法进行计算：

①、设卸油口处的油气浓度传感器每20ms采集一个数据，其采集到的100个数据序列依次为：dxi,dxi+1,dxi+2......dxi+n-1,dxi+99，则油气浓度的依次综合计算值为：dx1＝kdx1，dx2＝δdxk(αdx2+βdx1)，dx3＝δdxk(αdx3+βdx2)，dxn-1＝δdxk(αdxn-1+βdxn-2)......dxn＝δdxk(αdxn+βdxn-1)(1)

式中：δdx为卸油口处油气浓度每20ms的变化趋势，其表示式为：δdx＝dxn-dxn-1,δdx＞0；δdx＜0,δdx＝1(2)

即当δdx＞0，油气浓度变化趋势为增加时计算式引入变化趋势，当δdx＜0时，计算式不考虑其减速变化趋势；式中，k为空间环境自然流通可靠系数，α+β＝1，α为新值所占比列系数，β为累积值所占比列系数；

各系数的设置既要考虑油气浓度的变化趋势，特别是浓度上升时，可以考虑其上升不能突变而引入变量系数，达到一个预测，防止当检测浓度到达门槛定值时其浓度检测已经过量，达到提前推断作用，综合计算式也体现了原有数据的重要性，可防止单一数据的出现的干扰误报，即保证采样数据的灵敏性与可靠性及发展趋势能达到均衡合理处置。由于空间空气强度不可能发生阶跃变化，趋势变化与累积效能成为一个重要判定的系数，各系数设置根据具体加油加气站空间条件在装置运行时进行人机界面设置或远程设置，即该参数在程序初始化时进行设置；

通过(1)式计算出卸油口处的油气浓度实时综合计算值dxn，并存入程序初始化设置的存储器地址；

②、设人井处的油气浓度传感器每20ms采集一个数据，其采集到的100个数据序列依次为：dri,dri+1,dri+2......dri+n-1,dri+99，则油气浓度的依次综合计算值为：dr1＝kdr1，dr2＝δdrk(αdr2+βdr1)，dr3＝δdrk(αdr3+βdr2)，drn-1＝δdrk(αdrn-1+βdrn-2)......drn＝δdrk(αdrn+βdrn-1)(3)

式中：δdr为人井处油气浓度每20ms的变化趋势，其表示式为：δdr＝drn-drn-1,δdr＞0；δdr＜0,δdr＝1(4)

即当δdr＞0，油气浓度变化趋势为增加时计算式引入变化趋势，当δdr＜0时，计算式不考虑其减速变化趋势；式中，k为空间环境自然流通可靠系数，α+β＝1，α为新值所占比列系数，β为累积值所占比列系数；

通过(3)式计算出人井处的油气浓度实时综合计算值为drn,并存入程序初始化设置的存储器地址；

③、设加油机处的油气浓度传感器每20ms采集一个数据，其采集到的100个数据序列依次为：dji,dji+1,dji+2......dji+n-1,dji+99，则油气浓度的依次综合计算值为：dj1＝kdj1，dj2＝δdjk(αdj2+βdj1)，dj3＝δdjk(αdj3+βdj2)，djn-1＝δdjk(αdjn-1+βdjn-2)......djn＝δdjk(αdjn+βdjn-1)(5)

式中：δdj为加油机处油气浓度每20ms的变化趋势，其表示式为：δdj＝djn-djn-1,δdj＞0；δdj＜0,δdj＝1(6)

即当δdj＞0，油气浓度变化趋势为增加时计算式引入变化趋势，当δdj＜0时，计算式不考虑其减速变化趋势；式中，k为空间环境自然流通可靠系数，α+β＝1，α为新值所占比列系数，β为累积值所占比列系数；

通过(5)式计算出加油机处的油气浓度实时综合计算值为djn,并存入程序初始化设置的存储器地址；

每中断采样数据一次，按照数据先进先出的原则，当有新的采样数据时，去掉原来第一个数据，再计算新的一个依然构成100个采样数据序列，再进行计算，如此循环，达到对油气浓度的实时综合计算并存储；

步骤三)、三相电压电流的采样、存储与电能质量分析计算中断子程序；

当三相电压和三相电流的采样、存储与计算中断子程序的计时器时间到时，程序进入该中断子程序；

三相电压互感器和三相电流互感器分别将采集到的电压、电流信号转换为0-5v的电压信号送入可编程控制器的a/d模数转换模块对应的通道，a/d模数转换模块的对应通道将实时采集的模拟量值0-5v转化为数字量送入可编程控制器的可编程cpu模块，可编程cpu模块按定义的采样序列和时间顺序分别将采集的a相、b相和c相三相电压和三相电流采样数据存入其对应的采样序列存储器，每个序列存储器按照数据先进先出的原则，存储60个实时采样数据，形成三相电压和电流的采样计算序列值，根据电压、电流采样序列值可分别求出供电电压、电流所包含的直流分量、基波分量和各谐波分量；

设供电电压a相的离散化采样数据每周采样点数为n，每周采样值分别记为：u(0),u(1).....u(k).....u(n-1)；则a相电压的基波分量及各次谐波分量计算式为：

式(7)中k为第k次采样序数，分别为0到n-1，h为谐波含量，h分别取1，2，3.......21，当h等于1时计算出的为电压基波值，当h＝2时为2次谐波含量，依次类推，分别计算出u1、u2、uh各次谐波含量，并将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；再以式(7)分别求出b相、c相供电电压、电流所包含的直流分量、基波分量和各谐波分量，并将计算值存储于初始化设定的计算值存储器，三相电压基波值分别为ua、ub、uc；

各谐波电压、电流的谐波含有率计算式为：

式(8)中hruh、hrih分别代表h次谐波的含有率，uh、ih为h次谐波电压、电流值，u1、i1为基波值，计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

电压总谐波畸变率计算为：

电流总谐波畸变率计算为：

计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

根据采样电压、电流的实时采样值序列，供电回路有功功率、无功功率与功率因素，可分别表述为：

有功功率：

无功功率：

功率因素：

式中u(k)、i(k)分别为电压、电流每周实时采样序列值，计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

根据(11)式求出的每相每个周波的功率，可以计算出三相每个周波的总功率，对每个周波的总功率进行每20ms累加一次，累加1小时后，可求出每小时的用电度量，计为pi，pi累加24小时，可求出全天的用电总度量为：

计算完成后将计算值存储于初始化设定的计算值存储器；

步骤四)、供电电压偏差值判定及供电回路断路器状态操作；

分别读取步骤三)实时计算的三相电压基波ua、ub、uc值，如电压在允许范围之内则允许供电支路断路器合闸或跳闸，否则视为供电质量不合格而不允许供电支路合闸，只允许跳闸，并记录不合格数据；

电压合格判据为：umin＜u＜umax(15)

式(15)中：umin、umax分别为母线电压允许的最低与最高定值，u分别为计算出的三相电压基波ua、ub、uc值；

完成电压判定后，可编程cpu模块根据触摸屏的操作情况，并从i/o开关量输入输出模块的输入端读取供电支路断路器位置信号，确定支路供电状态，然后发出供电支路断路器的合闸或跳闸信号，该信号通过i/o开关量输入输出模块中对应的输出触点输出，连接到断路器的控制线圈，当控制线圈带电时合上断路器，当控制线圈失电时断开断路器，完成断路器的在线操作；

步骤五)、供电回路过电流判定与保护；

根据式(16)计算出电源三相电流ia、ib、ic值，电源智能断路器的电流保护模块动作判据为：

i≥id；t≥td(17)

式(17)中：id、td分别为过电流保护装置设置的过电流定值与时间定值；

i分别为ia、ib、ic值，t为判定大于定值后的持续时间，如持续判定电流超值且持续时间到有故障，则可编程cpu模块迅速发出跳开电源智能断路器的跳闸令，跳开供电回路，并设置电源回路过电流故障标志；如判定电流低于定值的0.9倍，则时间继电器迅速清零，所述的时间继电器为可编程控制器内的计时器；当供电回路中任何一条支路电流超过其智能断路器设定的最大电流允许值时，该支路智能断路器保护模块自动跳开其断路器，达到保护作用，同时该智能断路器的位置状态信号会自动通过输入模块输入到可编程cpu模块，可编程cpu模块根据历史操作的信息，当历史操作信息为智能断路器在合闸位置时而实际智能断路器在分闸位置时，即位置不对应时，判定为故障保护跳闸信号或开关偷跳，并存储该信息；

步骤六)、油气浓度三级超标判定与报警；

①、读取卸油口处油气浓度实时综合计算值dxn，当实时综合计算值大于设定的超标门槛值时判定对应的油气浓度超标，其三级定值判定与时间限定式分别为：

dxn＞dxd3t＞tdxd3(18)

dxn＞dxd2t＞tdxd2(19)

dxn＞dxd1t＞tdxd1(20)

式中：dxd1为卸油口油气浓度门槛一级设定值，tdxd1为超过该定值后的允许时间，计时时间从超值开始，如果在计时时间到达的过程中一直超值，则判定为超值出口，如果在计时还没到达规定的时间之前，存在综合计算值不超定值时，则计时时间t清零，这样防止因采样点干扰数据引起的误判；

dxd2为卸油口油气浓度门槛二级设定值，tdxd2为超过该定值后的允许时间,计时时间从超值开始，如果在计时时间到达的过程中一直超值，则判定为超值出口，如果在计时还没到达规定的时间之前，存在综合计算值不超定值时，则计时时间t清零；

dxd3为卸油口油气浓度门槛三级设定值，tdxd3为超过该定值后的允许时间,计时时间从超值开始，如果在计时时间到达的过程中一直超值，则判定为超值出口，如果在计时还没到达规定的时间之前，存在综合计算值不超定值时，则计时时间t清零；

当检测到卸油口油气浓度超标满足(18)式后，迅速按三级超标处理，发出紧急警报提示，检测加油站动力电源是否在合闸位置，如在合闸位置，则迅速跳开动力电源，并在触摸屏迅速闪光显示，而不再进入(19)式与(20)式的判定；但处理完后需进入下个地点油气浓度的超标判定程序；

当卸油口油气浓度不满足(18)，再进行(19)式的判定，当满足(19)式后，发出报警提示，并闪光显示，不再进入(20)式判定；但处理完后需进入下个地点油气浓度的超标判定程序；只有在不满足(18)式与(19)式后才进入(20)式的判定，即按最高级别到最低级别的分级判定；

在卸油口油气浓度是否超标判定后，如超标则进入完成相应超标报警提示或切断动力电源后，程序依然要进行到下一个地点人井处油气浓度的判定；

②、读取人井处油气浓度实时综合计算值drn，当实时综合计算值大于设定的超标门槛值时判定对应的油气浓度超标，其三级定值判定与时间限定式分别为：

drn＞drd3t＞tdrd3(21)

drn＞drd2t＞tdrd2(22)

drn＞drd1t＞tdrd1(23)

式中：drd1为人井处油气浓度门槛一级设定值；tdrd1为超过该定值的时间允许定值，drd2为人井处油气浓度门槛二级设定值；tdrd2为超过该定值的时间允许定值，drd3为人井处油气浓度门槛三级设定值；tdrd3为超过该定值的时间允许定值；

在人井处油气浓度是否超标判定后，如超标则进入完成相应超标报警提示或切断动力电源后，程序依然要进行到下一个地点加油机处油气浓度的判定；

③、读取加油机处油气浓度实时综合计算值djn，当实时综合计算值大于设定的超标门槛值时判定对应的油气浓度超标，其三级定值判定与时间限定式分别为：

djn＞djd3t＞tdjd3(24)

djn＞djd2t＞tdjd2(25)

djn＞djd1t＞tdjd1(26)

式中：djd1为加油机处油气浓度门槛一级设定值，tdjd1为超过该定值的时间允许定值；djd2为加油机处油气浓度门槛二级设定值，tdjd2为超过该定值的时间允许定值，djd3为加油机处油气浓度门槛三级设定值，tdjd3为超过该定值的时间允许定值；

步骤七)、运行状态实时显示与报表处理；

装置运行实时显示各测量点油气浓度计算值，实时显示各运行智能断路器开断状态、供电电源电压、电流及各谐波分量大小，总谐波大小，加油加气站内物件位置状态，实时闪光显示各报警信号的状态与内容；

步骤八)、数据存储、记录、刷新、显示；

完成上述各步骤的任务后，程序存储所有计算的油气浓度实时值、电压、电流计算值、报警及超标标志各存储器的状态量及数据量，存入程序初始化设定的存储器内，供历史记录、查询、显示使用；

步骤九)、循环控制返回；

执行完步骤八)的任务后程序返回到程序初始化，继续进行新的一轮采样、计算、控制、分析、判定、显示、报警，达到对各点油气浓度的综合检测与报警，对配电线路的智能控制与保护。

可编程控制器通过加油加气站收费系统的串行接口读取其收费数据，结合步骤三)中式(14)计算得出的站内电量使用情况，进行站内效能分析；

设加油加气站每天所收到的费用为y元，则每天供电消耗与收入收费之间的关联关系η为：

式(27)表明千瓦小时所对应的收入费用，其值越大表明效率越高，用电成本越低，可按日计算、形成日表、月表、年表。

本发明提供了一种加油加气站油气浓度监测计算方法、供电系统智能控制方法、电能与收费系统效率关联计算方法及其综合数据分析预警系统的控制装置及方法。